改進的BIN參數(shù)在水源熱泵住宅中央空調系統(tǒng)中的應用

1、改進的BIN參數(shù)在水源熱泵住宅中央空調系統(tǒng)中的應用         06-01-22 16:44:00     作者：由世俊李秋生張歡    編輯：studa9ngns要： 本文對美國ASHRAE改進的Bin能耗計算方法(Modified Bin Method)作了一些適合于我國華北地區(qū)民用住宅使用的修改后，根據(jù)天津市最近十二年的氣象數(shù)據(jù)，計算了天津地區(qū)全天24小時和18:008:00之間兩種情況下的全年Bin數(shù)據(jù)。并在考慮了水源熱泵的

2、部分負荷特性對機組效率的影響之后，對水源熱泵住宅中央空調系統(tǒng)的兩種常見工作模式進行了全年能耗計算與分析。 關鍵詞： 水源熱泵 住宅中央空調 Bin 能耗分析 部分負荷特性Application of the Modified BIN Method to WSHP Residential Central Air-conditioning SystemAbstract: Both heating and cooling loads can be estimated using the Bin (temperature frequency) method, so the Modified Bin M

3、ethod from ASHRAE was applied to this article. Modified to fit the condition of the residence in North China, two kinds of Bins concluding both the whole day and the night throughout one year were given out referring to the latest twelve years weather data of Tianjin. Then the energy calculation and

4、 analysis for two normal run modes of the Water Source Heat Pump (WSHP) residential central air-conditioning were done at the concept of partial load characteristic.Keyword: Water Source Heat Pump, Residential Central Air-conditioning, Modified Bin Method, energy calculation and analysis, partial lo

5、ad characteristic 1.概述住宅中央空調(Residential Central Air-conditioning)的概念最先來源于美國,它是一種通過風道或冷熱水管道將中央空調處理機集中處理過的空氣或冷熱水送進位于不同房間的空調未端,補償各房間的冷熱損失,以達到各房間空氣調節(jié)目的的空調形式。隨著我國目前城市環(huán)境問題的日益重視和能源結構的調整,在黃河流域,采用經(jīng)濟、清潔的熱泵中央空調系統(tǒng),已經(jīng)變得日益重要。正是在此背景下,深井回灌的水源熱泵(Water Source Heat Pump)方式有可能成為滿足這種需求的住宅供熱空調方式。較為簡便可行的水源熱泵住宅中央空調系統(tǒng)的全年能耗

6、分析將對該空調系統(tǒng)形式在住宅空調方面的發(fā)展、系統(tǒng)的的優(yōu)化設計和運行管理以及用戶對水源熱泵中央空調系統(tǒng)的認同與選購都有著很重要的意義。本文將美國ASHRAE改進的Bin能耗計算方法(Modified Bin Method)引入水源熱泵住宅中央空調系統(tǒng)的能耗分析與計算,使得該系統(tǒng)的能耗分析與計算變得更為簡單。2.建筑物全年負荷計算2.1計算方法簡介空調系統(tǒng)全年能耗分析必須以建筑物全年負荷計算為基礎。關于建筑物全年負荷計算有兩種方法：一是建立建筑物熱過程的動態(tài)模型,在計算機上作全年或某時間段的逐時模擬,逐時計算法是最復雜,也是最準確的一種能耗計算法,它是根據(jù)室外逐時的氣象數(shù)據(jù),室內設計參數(shù),逐時計算

7、出建筑的能耗。其代表軟件有:美國政府的DOE2,美國軍方的BLAST和室內環(huán)境溫度和能耗模擬軟件DEROB。二是各種簡化計算方法,如度日法、擴大度日法、當量運行小時法、溫頻法(Bin)等。與動態(tài)模擬相比,后者精度稍差,但比較簡單,當建筑物用途及系統(tǒng)恒定時,用這種方法是合理的124。度日法是最簡單的方法，但通常產(chǎn)生的結果較差，它不能在運行效率取決與室外環(huán)境的系統(tǒng)中運行，熱泵就是一個很好的例子。本文采用的改進的溫濕頻參數(shù)(Modified Bin Method)法同屬于簡化計算法，但是它將室外工況和部分負荷工況所產(chǎn)生的效果考慮在內，這種方法具有足夠的精度滿足水源熱泵系統(tǒng)的要求4。尤其，改進的Bin

8、方法與其他方法比較，更側重于能耗的分析與計算。該方法可以在各種負荷狀態(tài)(而不只是在設計負荷條件)下，將設備的運行效率、啟停狀態(tài)的影響以及再熱量、全熱回收等因素考慮在內，進行較為準確的能耗分析。本文結合我國氣象數(shù)據(jù)的特點,對ASHRAE改進的溫頻參數(shù)(Bin)法做了如下調整：1)Bin數(shù)據(jù)的溫度間隔取為兩度,提高了計算精度；2)用含濕量代替濕球溫度,這樣在計算潛熱負荷時不用再進行由濕球溫度到含濕量的換算；3)由于我國大部分地區(qū)冬夏季空調參數(shù)相差很大,結合住宅空調運行特點,分別計算了天津地區(qū)24小時和18:008:00的兩種Bin數(shù)據(jù)。其中濕球溫度直接來源于天津地區(qū)室外氣象數(shù)據(jù)，它的采用使得計算潛

9、冷負荷和潛熱負荷時節(jié)省了相對濕度向濕球溫度轉換的步驟。2.2負荷計算本文僅就與溫頻參數(shù)相關的太陽負荷和圍護結構熱傳導帶來的室內負荷進行詳細分析,室內負荷和新風負荷可參閱有關空調設計手冊。2.2.1通過窗戶的太陽負荷(1) 式中：QSOLj通過窗戶的太陽負荷,(W/m2),j等于7或者1；建筑物所有外窗朝向數(shù)；MSHGFi朝向i月最大太陽數(shù),(W/m2)AGi朝向i的窗戶的總面積,(m2)Cs朝向i的遮陽系數(shù)，Cs=0.93；CLFTOTi朝向i在24小時內太陽冷負荷系數(shù)之和；KT月平均日照率；T空調系統(tǒng)在t時的運行小時數(shù),(hr)；A建筑物的空調面積,(m2)；其中,QSOL與室外氣溫T之間存

10、在著線性關系：(2) 式中：tc峰值冷負荷溫度,天津地區(qū)為35；th峰值熱負荷溫度,天津地區(qū)為-11)。2.2.2圍護結構熱負荷圍護結構熱負荷由兩部分構成：1)通過屋面、墻體、玻璃窗由室內外溫差引起的穩(wěn)定傳熱部分： (3) 式中：TL由室內外溫差引起的圍護結構傳導冷熱負荷(W/m2)；建筑物的傳導表面數(shù)；Ai第i個圍護結構表面的面積(m2)；Ki第i個表面的傳熱系數(shù)(W/m2·)；t室外空氣溫度()；tn室內設定溫度(),制冷工況26,采暖工況20,防凍工況10。2)通過屋面、墻體和窗戶由投射在外表面上的日射引起的不穩(wěn)定傳熱部分：(4) 式中：QTSj太陽日射形成的傳導冷負荷(W/m

11、2),j等于7或者1；CLTDS太陽日射形成的墻體冷負荷溫差()；KC墻體外表面顏色修正系數(shù),深色調取1.0；其中QTS與室外空氣溫度之間存在著線性關系： (5) 2.3天津地區(qū)溫頻(Bin)數(shù)計算根據(jù)天津地區(qū)最近十二年的氣象資料,以2溫度差作為一個溫頻段,整理得到天津地區(qū)溫頻參數(shù)。表1為全天24小時的溫頻值,表2為18:008:00之間的溫頻值。天津地區(qū)24小時Bin數(shù)北緯39°06東經(jīng)117°10 海拔3.3m 表1 干球溫度()-11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9 11 13 小時數(shù)(h)14 46 147 244 446 555 615 424

12、385 303 301 324 407 平均含濕量(g/kg)0.45 0.8 1.1 0.68 1.6 1.9 2.2 2.5 2.7 3.3 4 4.6 5.4 續(xù)表1干球溫度()15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 小時數(shù)(h)429 456 510 597 608 628 524 401 228 112 17 平均含濕量(g/kg)6 7.5 8.1 10 12 12.4 14.4 14.2 15 14 11.4 天津地區(qū)18:008:00 Bin數(shù)北緯39°06東經(jīng)117°10海拔3.3m表2干球溫度()-11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9 11 13 小時數(shù)(h)9 37 111 189 304 380 385 225 183 157 183 212 256 平均含濕量(g/kg)0.43 0.9